基于交叉小波分析方法的西太平洋副热带高压年际变率与热带海温及大气环流异常的相关性研究

西太平洋副热带高压的年际变率受热带多个关键海区的海-气相互作用过程调控, 但彼此间的因果关联和影响机制尚不清楚。为揭示西太平洋副热带高压的年际变率与热带海温及大气环流异常之间的内在关联特性, 定义了三个关键海区以及赤道纬向西风区的特征指数, 并分别与西太平洋副热带高压强度、脊线指数进行了交叉小波和相干小波分析。研究发现:西太平洋副热带高压指数存在显著的2~3年和准5年的周期振荡, 20世纪八九十年代后, 由于暖池区海温及赤道纬向西风区的Hadley环流强迫加强, 致使副热带高压特征指数的2~3年周期振荡加强; 从位相关系看, 先是西太平洋副热带高压减弱南撤导致纬向西风加强, 其后影响赤道东太平洋海温升高, 同时暖水向东传, 使赤道中太平洋以及暖池区海温逐渐升高, 在Hadley环流作用下使副高加强北抬。基于上述西太平洋副热带高压的年际变率与热带海温及大气环流异常变化相关性诊断研究, 进一步探讨了造成这种相关性的影响机理和因果关联, 为揭示西太平洋副热带高压年际变率与热带海温及大气环流异常的相关性做探索研究。      

西太平洋副高与ENSO的关系及其对福建雨季降水分布的影响

用低阶大气环流谱模式就前期冬春季南海-热带东印度洋(10 oN～15 oS, 90～120 o E) 海温异常对南海夏季风的影响进行了数值试验。结果表明, 当南海-热带东印度洋海温异常偏暖时,其南北两侧大气低层出现异常气旋性环流,高层出现异常反气旋性环流,其东西两侧, 在南海-热带西太平洋大气低层出现强大的异常辐合,高层出现强大的异常辐散;在热带西印度洋大气低层为明显的辐散,高层为明显的辐合,得到了与Gill理论相一致的结论。此时大气低层赤道两侧异常气旋性环流阻挡了赤道索马里越赤道SW气流进入南海, 加强了赤道西风, 并明显减弱了澳大利亚越赤道SW气流,菲律宾以东的异常反气旋性环流加强了西太平洋副热带高压, 使其位置偏南偏西, 同时大气高层印度洋上空的异常东风加强了南亚高压, 从而导致南海夏季风强度减弱, 爆发可能推迟。在南海-热带东印度洋海温异常偏冷时,大气低层赤道两侧异常反气旋性环流减弱了赤道索马里越赤道SW气流, 加强了澳大利亚越赤道SW气流,菲律宾东北部的异常气旋性环流不利于其东侧的副热带高压发展, 同时大气高层印度洋上空的异常西风减弱南亚高压强度,有利于南海夏季风加强, 爆发可能提前。     

卑尔根气候模式中亚洲—太平洋涛动和影响西北太平洋热带气旋频数的环流背景的关系

利用挪威卑尔根的全球大气-海洋-海冰耦合模式的300年气候态数值积分结果,结合观测资料,分析了夏季亚洲-太平洋涛动(APO)的年际变化对与西北太平洋热带气旋生成频数相关联的大尺度环流背景的影响。模式结果表明,当夏季APO异常偏强(弱)时,西太平洋副热带高压位置偏东(西)偏北(南),南亚高压位置偏北(南),西北太平洋低层大气异常辐合(辐散),高层大气异常辐散(辐合),对流活动加强(减弱)。这种环流背景条件有(不)利于西北太平洋热带气旋的发生发展,西北太平洋热带气旋频数因而偏多(少)。     

西太平洋暖池海温异常对东亚环流的影响

利用SST资料对西太平洋暖池海温异常年进行划分,通过对异常年850 hPa、200 hPa矢量风场进行合成分析后发现:在西太平洋暖池夏季暖异常年,副热带夏季风和副热带季风经圈环流得到加强,热带西南季风得到削弱;在暖池夏季冷异常年,热带西南季风和热带季风经圈环流得到了加强,副热带夏季风得到削弱.在暖池冬季暖异常年,东亚冬季风、东亚和印尼一北澳冬季风(北半球)经向垂直环流得到削弱;在暖池冬季冷异常年,东亚冬季风、东亚和印尼一北澳冬季风(北半球)经向垂直环流得到加强.     

热带环流异常与福建春季旱涝

热带地区大气环流的异常,与我国南方春季旱涝关系十分密切。本文通过对热带大气环流、低纬度波谱特征及物理量特征等的分析,初步揭示了福建春季旱涝与热带、副热带大气环流异常的内在联系。      

东亚地区加热场对西太平洋副高东西进退影响的数值试验

用混合坐标系五层原始方程模式模拟了热带辐合带异常加热及江淮流域季风雨带异常加热激发的异常环流特征,进而分析了两个加热带对西太平洋副热带高压东西进退的影响。试验表明,两个加热带独立存在或共同作用都有利于引导西太平洋副热带高压西进,而上述两个地区异常冷却则促使西太平洋副热带高压退出东亚大陆。      

中国北方秋雨与热带中太平洋海表冷却的关系

本文利用1951～2011年中国160站降水、NCEP/NCAR再分析资料和NOAA延长重建海表温度 (NOAA extended reconstructed SST) 资料,研究了中国9月北方秋雨的年际变化特征及其成因,并用ECHAM5大气环流模式开展了数值试验,最后对2011年9月历史罕见秋雨进行了分析。研究发现,中国北方秋雨有明显的年际和年代际变化,19世纪60年代到1980年代中期,北方秋雨偏多,1950年代、1980年代后期和1990年代秋雨偏少。北方秋雨与西太平洋副热带高压的西伸有密切联系,北方秋雨偏多时,副热带高压偏西偏强,有利于偏南风向北输送水汽并在中国北方辐合。西太平洋副热带高压的加强西伸与热带中太平洋的海表冷却密切有关,偏低的热带中太平洋海表温度(CTSSTI)使其上的对流活动受到抑制,热带西太平洋对流异常旺盛,在西北太平洋出现异常反气旋,加强东亚—西北太平洋的EAP波列,引起西太平洋副热带高压明显西伸,导致秋雨偏多。反之,热带中太平洋海表偏暖,副热带高压偏弱偏南,秋雨偏少。2011年9月北方秋雨的环流异常及成因与统计分析和数值模拟结果基本一致。     

夏季东亚高空副热带西风急流季节内异常的环流特征及前兆信号

位于东亚中纬度上空的东亚高空副热带西风急流是东亚季风环流系统中的重要成员,我国夏季降水雨带的季节内变化受东亚高空副热带西风急流位置季节内异常变化影响。根据1979~2008年中国降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及NOAA ERSST V3月平均海表温度资料,利用统计分析和物理量诊断方法对夏季东亚高空副热带西风急流位置季节内异常的东亚大气环流特征及外强迫信号的物理过程进行了探讨。研究指出:6月东亚高空副热带西风急流位置异常主要受欧亚大陆中高纬东传的Rossby波列位相变化影响,春季北大西洋海温异常是欧亚大陆中高纬度Rossby波列位相变化的最显著的外强迫信号;7月东亚高空副热带西风急流位置异常主要受西太平洋热带向副热带传播的Rossby波列位相变化影响,春季西太平洋热带海温异常是西太平洋热带向副热带传播的Rossby波列位相变化的最显著的外强迫信号;8月东亚高空副热带西风急流位置异常主要受南亚大陆向东亚大陆热带、副热带传播的Rossby波列位相变化影响,春季印度洋海温异常是南亚大陆向东亚大陆热带、副热带传播的Rossby波列位相变化的最显著的外强迫信号。     

夏季南亚高压及西太平洋副热带高压强度变化与前期海温异常的关系

本文利用1951—2010年NCEP/NCAR再分析月平均资料研究了热带海表面温度对南亚高压与西太平洋副热带高压发展变化的影响,得到以下主要结论：在两高压强年与暖海温年(两高压弱年与冷海温年)里,冬、春两季赤道印度洋、太平洋海温距平呈现显著的正?负?正(负?正?负)的厄尔尼诺(拉尼娜)现象,中南半岛附近的对流层高层产生异常西风(东风)气流,有利于(不利于)南侧异常反气旋环流的产生,从而促进（阻碍）南亚高压发展;菲律宾海域的对流层产生异常下沉(上升)气流,有利于(不利于)西北侧异常反气旋环流的产生,从而促进(阻碍)低层西太副高的发展。夏季,热带印度洋的暖海温（冷海温）有效地增加（降低）了当地的对流效应,使大气对流层温度增暖（减低),影响南亚高压与西太平洋副热带高压的发展。     

2006年川渝地区夏季干旱的成因分析

利用NCEP/NCAR再分析月平均资料、全国160站降水资料、向外长波辐射OLR（outgoinglongwave radiation）资料和所计算的热源资料,分析了2006年夏季东亚大气环流的异常特征,并研究了热力异常与川渝地区夏季降水的关系。结果表明,2006年夏季由南向北的水汽输送较常年偏弱;西太洋副热带高压较常年异常偏强,脊线位置明显偏北,川渝地区受高压系统影响盛行下沉气流,中高纬环流场则表现为乌拉尔山地区和东北亚区域无明显阻塞高压形势,冷空气活动比常年弱;南亚高压比常年偏北偏强,持续控制川渝地区;2006年夏季青藏高原热源偏弱,热带西太平洋暖池区热源偏强,是引起西太平洋副热带高压偏北偏强的重要原因之一。川渝地区夏季降水与西太平洋副热带高压的异常变化有密切关系,川渝地区夏季干旱年,西太平洋副热带高压偏北,并且引起西太平洋副热带高压偏北的原因与2006年类似。     

月尺度区域气候数值预测试验

将９层全球气候谱模式与ＣＳＵ－ＲＡＭＳ中尺度数值式嵌套,进行了月尺度的短期区域气候预测试验。结果表明：ＧＣＭ模式的集合预报能够反映较大尺度的平均环流;在此基础上,被嵌套的ＣＳＵ－ＲＡＭＳ中尺度模式能够得到更为细致的区域环流特征以及它的短期气候尺度的演率。ＧＣＭ模式与中尺度模式相结合的“区域气候数据模式”是了解短期区域气候变化的有效方法之一。     

ANOMALIES OF THE BACKGROUND CIRCULATION OF THE IAP GCM MODEL ATMOSPHERE IN AN EL NINO YEAR

Analysis is performed of the May-September mean circulation,referred to as the background circulationhereinafter,in the IAP(Institute of Atmospheric Physics,Academia Sinica)GCM model atmosphere,It is foundthat in an El Nino year there occur anomalies in a set of major systems,e.g.,Southetm Oscillation,Walker andHadley circulations,the western Pacific subtropical high and ITCZ,2nd in large-scale precipitation,with theirhappening dominantly in the Northern Hemisphere tropical and subtropical latitudes in the western Pacific.These results that are in rough agreement with the analyz(?)d actual observations demonstrate the applicabilities ofthe model to the study of low-latitude circulations.     

垂直低分辨率GCM模式大气平均经圈环流的诊断

以ＩＡＰ２－Ｌ ＧＣＭ为例，给出垂直低分辨率ＧＣＭ模式大气平均经圈环流质量流函数的一个计算方案，结果表明，模式大气的Ｈａｄｌｅｙ环流季节变化与实际大气相一致。Ｅｌ Ｎｉｎｏ年模式大气平均经圈环流中可分离出一个与Ｅｌ Ｎｉｎｏ型ＳＳＴ异常关系密切的异常经圈环流，它导致平均Ｈａｄｌｅｙ环流向北半球盛夏型转变的滞后。     

一个海气耦合环流模式中的ENSO循环特征及控制机理

本文利用中科院大气所两层全球大气环流模式和十四层热带太平洋模式的耦合环流模式１００年积分中的后３０年的月平均输出资料,通过分析海表面温度、上层海洋热容量和海表面高度异常的年际变化,揭示了模式ＥＮＳＯ循环（包括其产生、发展、成熟和消亡过程）的特征及其控制机理。结果表明,控制本文耦合环流模式中ＥＮＳＯ循环的机理是“时滞振子”模态,这和由中间复杂程度耦合模式得到的ＥＮＳＯ控制机理是一致的。反映了“时滞振     

冬季南海SST月异常时500hPa气温响应场的传播路径

利用中科院大气物理研究所的两层大气环流模式（ＩＡＰ—ＧＣＭⅡ）作了南海海表水温月异常时５００ｈＰａ气温响应场传播路径的数值试验。结果表明：当南海表面水温出现正异常时该气温响应场分为南北两支传播;北支沿逆时针路径向北传播,由南海经我国东南部到达青藏高原,南支则向南传播;而当负异常时,则该响应场有顺时针的传播路径,由南海经泰国湾最后也到达青藏高原。     

嵌套域大小对区域气候模式模拟效果的影响

This paper presents a numerical study on the 1998 summer rainfall over the Yangtze River valley in central and eastern China, addressing effect of a nested area size on simulations in terms of the technique of nesting a regional climate model (RCM) upon a general circulation model (GCM). Evidence suggests that the size exerts greater impacts upon regional climate of the country, revealing that a larger nested size is su perior to a small one for simulation in mitigating errors of GCM-provided lateral boundary forcing. Also,simulations show that the RCM should incorporate regions of climate systems of great importance into study and a low-resolution GCM yields more pronounced errors as a rule when used in the research of the Tibetan Plateau, and, in contrast, our PσRCM can do a good job in describing the plateau′s role in a more realistic and accurate way. It is for this reason that the tableland should be included in the nested area when the RCM is employed to investigate the regional climate. Our PσRCM nesting upon a GCM reaches morerealistic results compared to a single GCM used.     

WIND STRESS ANOMALY MODEL ON ENSO TIME SCALES IN COMPLEX MODELS

The purpose of this paper is to evaluate the tropical Pacific wind stress anomalies produccd on monthly to interannual time scales by the complex general circulation model (GCM) of the center for Ocean Land Atmosphere Interactions (C.O.L.A.) at low (R15) resolutions. The model is integraed using observed sea surface temperature (SST) for ten years 1979 through 1988. The model simulates generally realistic wind stress anomaly (WSA). The model-generated data set of WSA was used to force the Zebiax Cane ocean model (ZCOM) for ten years. The modeled (SST) anomalies were compared to the observed SST anomalies. The ZCOM simulation shows realistic 1982/83 and 1986/87 warm episodes along the equator, but could produce less realistic 1984/85 and 1988/89 cold episodes along the equator due to lack of wind stress forcing in the mean model. Time series of the NINO3 index (measuring the SST anomaly in the mid-eastern Pacific) is realistic for the ZCOM simulation.     

Statistical Downscaling Based on Dynamically DownscaledPredictors： Application to Monthly Precipitation in Sweden

A prerequisite of a successful statistical downscaling is that large-scale predictors simulated by the General Circulation Model (GCM) must be realistic. It is assumed here that features smaller than the GCM resolution are important in determining the realism of the large-scale predictors. It is tested whether a three-step method can improve conventional one-step statistical downscaling. The method uses predictors that are upscaled from a dynamical downscaling instead of predictors taken directly from a GCM simulation. The method is applied to downscaling of monthly precipitation in Sweden. The statistical model used is a multiple regression model that uses indices of large-scale atmospheric circulation and 850-hPa specific humidity as predictors. Data from two GCMs (HadCM2 and ECHAM4) and two RCM experiments of the Rossby Centre model (RCA1) driven by the GCMs are used. It is found that upscaled RCA1 predictors capture the seasonal cycle better than those from the GCMs, and hence increase the reliability of the downscaled precipitation. However, there are only slight improvements in the simulation of the seasonal cycle of downscaled precipitation. Due to the cost of the method and the limited improvements in the downscaling results, the three-step method is not justified to replace the one-step method for downscaling of Swedish precipitation.     

A Coupled General Circulation Model for the Tropical Pacific Ocean and Global Atmosphere

On the basis of Zeng’s theoretical design, a coupled general circulation model (CGCM) is developed with its characteristics different from other CGCMs such as the unified vertical coordinates and subtraction of the standard stratification for both atmosphere and ocean, available energy consideration, and so on. The oceanic component is a free surface tropical Pacific Ocean GCM between 30oN and 30oS with horizontal grid spacing of 1o in latitude and 2o in longitude, and with 14 vertical layers. The atmospheric component it a global GCM with low-resolution of 4o in latitude and 5o in longitude, and two layers or equal man in the vertical between the surface and 200 hPa. The atmospheric GCM includes comprehensive physical processes. The coupled model is subjected to seasonally-varying cycle. Several coupling experiments, ranging from straight forward coupling without flux correction to one with flux correction, and to so-called predictor-corrector monthly coupling (PCMC), are conducted to show the existence and final controlling of the climate drift in the coupled system. After removing the climate drift with the PCMC scheme, the coupled model is integrated for more than twenty years. The results show reasonable simulations of the annual mean and its seasonal cycle of the atmospheric and oceanic circulation. The model also produces the coherent interannual variations of the climate system, manifesting the observed El Ni?o / Southern Oscillation (ENSO).     

大气环流的年代际变化 II.GCM数值模拟研究

类似大气环流模式比较计划（AMIP）的数值模拟,将实际观测的海表水温（SST）资料引入模式进行40多年的数值积分,得到长时间的大气环流模拟结果。分析数值模拟结果发现,无论是大气中的主要涛动和遥相关型,还是重要大气环流系统都极为清楚地存在着年代际变化特征,包括10～20年准周期振荡和可能的30年以上的准周期振荡;而且上述主要环流系统的形势及其年代际变化大都与实际观测资料所给出的结果相一致。顺便分析中国东部气候的模拟结果,年代际变化特征（包括60年代的气候突变）也很清楚,并同大气环流变化配合十分合理。结果也表明,同研究季节和年际变化一样,大气环流模式（AGCM）数值模拟也是研究大气环流和气候年代际变化的有效方法。